Os últimos avanços e aplicações dos protocolos de consenso em blockchain
A tecnologia blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído e descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo dos sistemas blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança da blockchain. O mecanismo de consenso de tolerância a falhas bizantinas assíncronas (BFT) possui vantagens únicas na abordagem de atrasos de rede e falhas de nós individuais, tornando-se assim o foco da pesquisa.
Este artigo explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso em blockchain, com foco na análise dos últimos avanços do protocolo de replicação de máquinas de estado tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a vulnerabilidades, sua latência esperada de 9.5δ não foi alcançada. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo assíncrono MVBA mais rápido até agora, com uma latência esperada de 10δ. O artigo também propõe dois novos designs de protocolo, a saber, 2PAC (consenso assíncrono em 2 fases) e blocos ultrarrápidos em pipeline, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, dos quais f processos podem ser comprometidos maliciosamente. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e o atraso na entrega das mensagens é incontrolável. Cada processo possui um par de chaves pública e privada para assinatura e verificação, garantindo a autenticidade e integridade das mensagens.
Consenso de Blockchain
Os protocolos de consenso em blockchain visam garantir que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Cada nó está constantemente recebendo novas transações e empacotando-as em blocos, garantindo que esses blocos sejam consensualmente validados em todos os nós honestos através do protocolo de consenso. Os protocolos de consenso em blockchain precisam atender aos seguintes requisitos básicos:
Atividade: Existe uma blockchain decidida de comprimento infinito em execução infinita.
Consistência: Se houver duas blockchains decididas, uma delas deve ser o prefixo da outra.
P Qualidade: No blockchain já decidido, a proporção de transações inseridas por nós honestos deve ser pelo menos p.
Desafios atuais dos protocolos de consenso assíncronos
Embora o VABA de 2-chain tenha um atraso esperado de 9.5δ, existem várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que utilizam estratégias de elevação para obstruir a atividade, e ataques de consistência resultantes de uma definição relaxada da autenticação do líder. Embora tenham sido introduzidos alguns novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, esses problemas ainda não foram completamente resolvidos.
Novo design de protocolo: 2PAC (consenso assíncrono em 2 fases)
Com base na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Inclui especificamente duas variantes:
2PAClean：
Alcançou uma taxa de transferência de +90% e uma latência esperada de 9.5δ, com complexidade de mensagens O(n²).
A eficiência do protocolo foi melhorada ao eliminar interações e custos computacionais desnecessários.
2PACBIG：
É o protocolo de consenso de blockchain mais rápido atualmente, com uma complexidade de mensagem de O(n³).
O tempo de execução único do MVBA sem falhas é de 4δ, reduzindo significativamente a latência.
Linha de produção super rápida
Os investigadores propuseram um novo design de bloco em pipeline, que reduz significativamente a latência dos blocos em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, o tempo de decisão dos blocos em pipeline é até menor do que o dos blocos não-pipeline sob um escalonador justo. Este mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falhas.
Resultados da Quantificação
Através de análise teórica e testes práticos, o 2PAClean apresenta um atraso esperado de 9,5δ no pior dos casos, enquanto que em boas condições (sem falhas e com um escalonador semijusto) é de 6δ. Em comparação, o sMVBA tem um atraso esperado de 10δ, sendo que em boas condições é de 6δ. Assim, o 2PAClean reduziu o atraso no pior caso em 0,5δ, mantendo o mesmo atraso em boas condições. Além disso, a taxa de transferência do 2PAClean melhorou entre 80% a 100% em relação ao sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita a eliminação desnecessária de blocos e a sobrecarga computacional.
O 2PACBIG, como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução de MVBA de 4δ, sendo mais rápido que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super rápido permite que s2PAClean e s2PACBIG alcancem tempos de decisão de bloco em pipeline de 4δ e 3δ, respectivamente, melhorando ainda mais o desempenho do protocolo.
Avaliação de Cálculo
Para validar o desempenho do novo protocolo, os pesquisadores realizaram uma ampla avaliação computacional. Os resultados mostraram que o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e dos blocos de pipeline ultrarrápido demonstra a direção do desenvolvimento dos protocolos de consenso em blockchain no futuro, ou seja, através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso, alcançar uma maior capacidade de processamento e uma menor latência.
Direções de Pesquisa Futuras
Pesquisas futuras podem explorar mais a fundo as seguintes direções:
Otimização do protocolo: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a comunicação e o custo computacional desnecessários.
Análise de segurança: análise aprofundada da segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque, garantindo sua confiabilidade em aplicações práticas.
Aplicação prática: aplicar o novo protocolo em sistemas de blockchain reais, verificando o seu desempenho em ambientes de rede reais.
Em suma, este artigo analisa detalhadamente as vantagens e desvantagens dos atuais protocolos de consenso de blockchain assíncronos e propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC e blocos de pipeline super rápidos. Os novos designs demonstram vantagens significativas na melhoria da taxa de transferência e na redução da latência, fornecendo uma referência importante para o desenvolvimento futuro da tecnologia blockchain. Estes novos protocolos não só provaram sua superioridade em teoria, mas também mostraram um desempenho excepcional em testes práticos, oferecendo novas ideias para a implementação de protocolos de consenso de blockchain eficientes e seguros.
Através de pesquisa e otimização contínuas, temos razões para acreditar que a tecnologia blockchain desempenhará um papel cada vez mais importante na economia digital do futuro, e os novos protocolos de consenso fornecerão uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.
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GhostWalletSleuth
· 07-16 18:59
Aposte na mais recente tecnologia Blockchain, se não concorda, venha debater.
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AirdropHunter420
· 07-16 16:07
fantástico Quem diria que o bft poderia ser assim?
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StakeHouseDirector
· 07-16 06:08
protocolo cada vez mais, está se intensificando.
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GasFeeLady
· 07-13 20:33
ainda mais barato que o gás l1 eth tbh...
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SchrodingerAirdrop
· 07-13 20:30
Velocidade, quando começa a bombear, quem ainda joga em outras cadeias?
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CrashHotline
· 07-13 20:27
Subindo tão rápido, está a minerar por diversão?
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BearMarketSurvivor
· 07-13 20:21
Um bom mecanismo também depende de como é implementado.
Nova ruptura no consenso BFT assíncrono: o protocolo 2PAC melhora significativamente o desempenho da blockchain.
Os últimos avanços e aplicações dos protocolos de consenso em blockchain
A tecnologia blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído e descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo dos sistemas blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança da blockchain. O mecanismo de consenso de tolerância a falhas bizantinas assíncronas (BFT) possui vantagens únicas na abordagem de atrasos de rede e falhas de nós individuais, tornando-se assim o foco da pesquisa.
Este artigo explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso em blockchain, com foco na análise dos últimos avanços do protocolo de replicação de máquinas de estado tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a vulnerabilidades, sua latência esperada de 9.5δ não foi alcançada. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo assíncrono MVBA mais rápido até agora, com uma latência esperada de 10δ. O artigo também propõe dois novos designs de protocolo, a saber, 2PAC (consenso assíncrono em 2 fases) e blocos ultrarrápidos em pipeline, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, dos quais f processos podem ser comprometidos maliciosamente. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e o atraso na entrega das mensagens é incontrolável. Cada processo possui um par de chaves pública e privada para assinatura e verificação, garantindo a autenticidade e integridade das mensagens.
Consenso de Blockchain
Os protocolos de consenso em blockchain visam garantir que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Cada nó está constantemente recebendo novas transações e empacotando-as em blocos, garantindo que esses blocos sejam consensualmente validados em todos os nós honestos através do protocolo de consenso. Os protocolos de consenso em blockchain precisam atender aos seguintes requisitos básicos:
Desafios atuais dos protocolos de consenso assíncronos
Embora o VABA de 2-chain tenha um atraso esperado de 9.5δ, existem várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que utilizam estratégias de elevação para obstruir a atividade, e ataques de consistência resultantes de uma definição relaxada da autenticação do líder. Embora tenham sido introduzidos alguns novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, esses problemas ainda não foram completamente resolvidos.
Novo design de protocolo: 2PAC (consenso assíncrono em 2 fases)
Com base na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Inclui especificamente duas variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Linha de produção super rápida
Os investigadores propuseram um novo design de bloco em pipeline, que reduz significativamente a latência dos blocos em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, o tempo de decisão dos blocos em pipeline é até menor do que o dos blocos não-pipeline sob um escalonador justo. Este mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falhas.
Resultados da Quantificação
Através de análise teórica e testes práticos, o 2PAClean apresenta um atraso esperado de 9,5δ no pior dos casos, enquanto que em boas condições (sem falhas e com um escalonador semijusto) é de 6δ. Em comparação, o sMVBA tem um atraso esperado de 10δ, sendo que em boas condições é de 6δ. Assim, o 2PAClean reduziu o atraso no pior caso em 0,5δ, mantendo o mesmo atraso em boas condições. Além disso, a taxa de transferência do 2PAClean melhorou entre 80% a 100% em relação ao sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita a eliminação desnecessária de blocos e a sobrecarga computacional.
O 2PACBIG, como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução de MVBA de 4δ, sendo mais rápido que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super rápido permite que s2PAClean e s2PACBIG alcancem tempos de decisão de bloco em pipeline de 4δ e 3δ, respectivamente, melhorando ainda mais o desempenho do protocolo.
Avaliação de Cálculo
Para validar o desempenho do novo protocolo, os pesquisadores realizaram uma ampla avaliação computacional. Os resultados mostraram que o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e dos blocos de pipeline ultrarrápido demonstra a direção do desenvolvimento dos protocolos de consenso em blockchain no futuro, ou seja, através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso, alcançar uma maior capacidade de processamento e uma menor latência.
Direções de Pesquisa Futuras
Pesquisas futuras podem explorar mais a fundo as seguintes direções:
Em suma, este artigo analisa detalhadamente as vantagens e desvantagens dos atuais protocolos de consenso de blockchain assíncronos e propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC e blocos de pipeline super rápidos. Os novos designs demonstram vantagens significativas na melhoria da taxa de transferência e na redução da latência, fornecendo uma referência importante para o desenvolvimento futuro da tecnologia blockchain. Estes novos protocolos não só provaram sua superioridade em teoria, mas também mostraram um desempenho excepcional em testes práticos, oferecendo novas ideias para a implementação de protocolos de consenso de blockchain eficientes e seguros.
Através de pesquisa e otimização contínuas, temos razões para acreditar que a tecnologia blockchain desempenhará um papel cada vez mais importante na economia digital do futuro, e os novos protocolos de consenso fornecerão uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.